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关于迪亚斯室温超导的另一种视角

2023-03-18 12:37阅读:
近日,美国罗切斯特大学的迪亚斯(Ranga Dias)及其团队在美国物理学会三月会议上宣布发现“近常压室温超导材料”,这是一种镥-氮-氢三元化合物(NDLH),其在1万个大气压下(1GPa)可以实现最高温度为294 K(约21°C)的超导电性。
迪亚斯室温超导引起轰动,有期待、有希望,也有不屑,有质疑,不过这些挡不住迪亚斯的15分钟激情演讲,惹得各方“大神”集聚从各自角度评判一通,而后又一哄而散,更多的是不屑迪亚斯的科学精神,一个曾经被Nature撤稿的人,还能有多少诚信和科研精神?


和同事闲暇聊起,很佩服迪亚斯百折不挠的科研精神,以及这次取得的突破性成果及思路。迪亚斯的研究成果有两个亮点:一是把原来所需的极端高压267GPa降低了两个数量级,达到1GPa。二是采用新的元素组合,引入了稀土金属——镥元素(Lu,Lutetium),合成了三元氢化物(N-Lu-H),和他以前采用的碳硫氢化物不同。


这两点其实很有用,也很有价值。
1、首先要正确认识1GPa,1GPa很容易获取。一是1GPa比原来的267GPa降低了2个数量级,已进入常规可实现高压范围,可以通过机械结构实现。这里解释下,1GPa相当于约9892倍的大气压,这种高压环境下物质的性质与在常压下非常不同,研究高压下材料的弹性模量、热膨胀系数、导热系数等,需要使用到1GPa左右的高压,通常可以通过钻孔、高压装置等方法实现。二是常规的合金钢、高强钢等压缩
强度基本超过1-1.5GPa,可以通过材料复合结构实现。金属基纤维增强复合材料的压缩强度也可以实现1-2GPa,结合金属基复合材料或陶瓷复合结构等,从材料制备的角度可以直接实现室温超导线。三是从微观角度,纳米压印可实现6GPa的压强,可以通过极小压力实现纳米级的室温超导线路。这一点可以结合压电陶瓷设计更多功能的超导器件,为目前集成电路的低功耗、高带宽等需求提供一种新技术路径。
2、第二要正确认识材料组合,氢化物是破解金属氢的必经路径。一是多元组合材料是挖掘物质属性的一种常规手段。钢铁的发展史就是最好的案例,高强钢就添加Co、Ni、Mo等元素实现刚度提升,在半导体中也有InGaAs、GaN、SiC等,实现光电、射频、功率等特性。二是多元材料组合也是高温超导发展的一种常规路径。从铜基高温超导到铁基高温超导,都是在不断调整材料组合来提升临界温度,至今通过材料组合在常压低温下最高实现的超导温度为134K。三是金属氢超导体的物性发掘必须走多元材料组合路径。迪亚斯的研究,就是在围绕氢化物在不断地调整材料组合,不断的降低可实现的难度,这个过程是须的,但也可以借助计算材料学的手段加速。
3、第三要正确认识到室温超导已经处于突破性发展的边缘,也是科技发展得迫切需求。一是能源消耗是目前社会发展最大障碍,迫切需要室温超导。科技累积起来的电气化、自动化、数字化都是基于电,而电的传输因电阻而大量损耗,能源利用率大大降低,但人均消耗能源大幅增长,体现在空调节能、汽车节能等,而在最核心的集成电路上,也存在低功耗、高能效比的迫切需求,无形中的瓶颈就是室温超导。二是现有技术手段为室温超导已做了充分准备。材料的跨尺度、多元化研发手段,高精密的测试仪器设备,丰富的材料体系数据库等,为室温超导做好了基础储备,只需要“捅破最后一层窗纸”。三是室温超导是未来十年的科技战略制高点,但更应该站在为人类服务的角度。科技已成为目前大国竞争的主战场,核心科技更是主阵地,集成电路、人工智能、生物医药、量子计算、区块链等就是主阵地,但是这些主阵地都摆脱不了能源消耗、能源传输、能源供给的局限性。室温超导可以打破这种局限性,实现科技战场总体格局的转换,为这些主阵地的突破打开新的天地。


室温超导是一个宝藏,破解室温超导并不难,难得是我们是否能跳出长期以来的科学领域细分、再细分而造成的思维和认知的局限性,这种局限性也是科技发展的“最大瓶颈”,“卡掉了我们的脑袋”,所谓的创新只能是聊以自慰。




备注:
迪亚斯博士北京时间3月9日在接受《每日经济新闻》记者采访时指出,“这种新的室温超导材料将改变整个超导行业,这将使得一系列技术成为可能,这些技术将改变我们使用、存储和传输能源的方式,更不用说在计算、交通和医疗设备中的更多种应用了。我们认为这将是一项重塑21世纪的革命性技术。


上海市高温超导重点实验室主任、上海大学教授蔡传兵认为,这次迪亚斯展示出的研究成果“有一定的可靠性”,但室温超导所需的1GPa压力仍属于高压范畴,距离实际应用仍非常遥远。


2020年10月,《自然》杂志报道了迪亚斯联合内华达大学等团队在室温超导领域的突破,实现了15温度下的碳氢硫化物超导。这种新型室温超导体要在267GPa的压力下工作。但2022年9月《自然》杂志撤回上述论文,称研究人员在数据处理方面存在违规行为。

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